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液化石油气泄漏扩散研究 【摘要】：对液化石油气的泄漏扩散进行了初步研究。通过对地面泄漏源模式，泄漏气体扩散模式的分析，利用气体湍流扩散微分方程，对不同泄漏源建立相应的气体扩散模型，同时考察了风速、泄放速率、气体密度、周围环境等主要因素对气体扩散过程的影响，用于确定其泄漏范围及危险性，为液化石油气泄漏扩散事故的预防及事故发生后的应急措施提供理论依据。 【关键词】：液化石油气；泄漏源模式；气体扩散模式；危险区预测 引言 液化石油气发生泄漏后，在外部因素和内部浓度梯度的作用下沿地表扩散，形成具有燃烧爆炸危险性的扩散区域。液化石油气由于其特殊组分，与其他单一组分物质的泄漏扩散相比，过程较为复杂，包括多种泄漏形态、闪蒸、蒸发、绝热扩散、重气体扩散和大气扩散，气体扩散范围由于气象条件、地表情况、泄放条件等因素的影响导致的不确定性，为消防部队进行现场抢险救援工作增加了难度。本文利用传质学、流体力学、大气扩散学的基本原理，对液化石油气的泄漏扩散行为模化，对事故建立相应的气体扩散浓度分布模型，用于解决泄漏气体沿地面扩散危险区域范围预测中的问题。 1．泄漏扩散模式 1.1 泄漏扩散基本过程 液化石油气，特别是压力液化石油气多为、的混合物，物性与单一组分不同，它的物性情况直接影响泄漏扩散过程。 液化石油气的泄漏扩散过程一般可以分为以下几个阶段：源泄漏排放，包括瞬时和连续；初始冲淡，包括闪蒸及绝热扩散过程，形成低温气团，云团浓度分布不均匀；重气体扩散，高浓度(超过爆炸极限)、低高度(1m左右)云团的浓度分布逐渐趋于均匀；从重气到大气扩散的转变，浓度逐渐降低，但仍在爆炸极限浓度范围内，云团高度逐渐抬高；大气扩散云团高度进一步抬高，云团浓度将稀释降到爆炸浓度下限以下，最终消散。 1.2 泄漏源模式 根据泄漏形式，泄漏源分为连续源和瞬时源。由于反应器、储罐、管道损坏或者是阀门、法兰等处密封失效，导致的气体连续释放的泄漏源为连续源，连续源的主要特点是形成长时间较小流量的稳定性泄漏；由于大管径的管道破裂或是容器爆炸引起的，在泄漏瞬间能使泄漏气体形成一定半径和高度的气团的泄漏源为瞬时源，瞬时源具有短时大量泄漏释放的特点。 1.3 扩散模式 根据泄漏气体泄漏类型，气体的扩散模式可以分为烟团扩散和烟羽扩散两种模式。泄漏量较大且密度比空气的密度大较多的气体扩散表现为烟团扩散，瞬时泄漏源和部分的连续泄漏源易形成烟团扩散，其特点是泄漏的气云团在较长时间内不易被空气稀释。液化石油气储罐爆炸破裂形成的气体扩散即属于烟团扩散；若泄漏气体的密度与空气接近或是经过很短时间的空气稀释后密度与空气接近时，其泄漏气体的扩散属于烟羽式扩散，大部分较小流量的连续泄漏源易形成烟羽扩散。 2．影响扩散的因素 2.1 泄放状态 泄放状态包括泄漏源的位置、泄漏气体的物性等条件，对于泄漏气云团的扩散有很大的影响。 液化石油气的主要组分为、，在相同条件下，对于不同组分的液化石油气，其中的组分越大，泄漏速度越大，泄漏气云团扩散越远,危险区域就越大。在相同条件(20，400球罐，70％充装量，罐底有5cm直径泄漏孔)，无任何堵漏措施情况下，不同组分的液化石油气的泄漏速度如图1。 图1 不同组分与泄漏速度的关系图 气体的扩散性受自身密度的影响。泄漏气体相对于空气密度的大或小，分别表现出在扩散中以重力作用为主，或是以浮力作用为主。一般地说，当泄漏气体与空气的混合物密度相对于空气密度≥1.1时，该混合物可能沿地面流动，并可能在低洼处积累。液化石油气的比重约为空气的1.5-2.0倍，当发生泄漏时，泄漏气体在重力作用下，发生沉降，使地面浓度增加，但这种下沉趋势会因空气的不断稀释作用而减弱，最终在地面上形成lm-2m或是更高的雾层。 地面泄漏源的高度和喷射方向会影响扩散至地面的气体浓度。当泄漏源处于离地面较高的位置时，泄漏的气云团扩散至地面的垂直距离较大，在相同的泄漏源强度、泄放状态和气象条件下，扩散至地面的同等距离处的气体浓度会降低。若泄漏发生在容器上部，即泄漏气体向上喷射，泄漏气体具有向上的初始动能，其作用效果与处于较高位置的泄漏源类似。 2.2 气象条件 风速、大气稳定度、气温、太阳辐射强度等因素对液化石油气的泄漏扩散有着不同程度的影响。 风速对气体扩散的影响由理论分析可知，气体在扩散过程中，主风向的平流输送作用占主导地位，风向决定了泄漏气云团扩散的主要方向。风速影响泄漏气云团的扩散速度和被空气稀释的速度。风速越大，大气的湍流越强，空气的稀释作用越强，风的输送能力也越强。在静风条件下，对于地面泄漏源，泄漏气体以理想的条件扩散成半球状在地面分布，其边缘可能达到较高的浓度，但危险区域较小；在有一定风速时，泄漏气